一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法与流程

本发明涉及电催化剂材料制备，尤其是涉及一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法。

背景技术：

1、公知的，随着工业的发展，当今社会对于能源的消耗需求越来越大，过度的开发和利用传统能源导致“温室效应”、极端天气频发等自然灾害；为了解决当前面临的能源、环境问题，一氧化碳可以作为fischer–tropsch中的原始材料，进行甲烷化、甲醇、烃类等化学品的合成，目前制备一氧化碳最常见的主要手段之一是电催化二氧化碳还原技术。

2、研究表明，含贵金属元素的催化剂在电催化还原二氧化碳技术中具有良好的选择性，但是价格昂贵，这严重限制了该类催化剂的发展与应用，传统的过渡金属（fe、co和ni等金属）对于析氢有着良好的选择性，其金属表面更容易与h原子结合，从而进行析氢反应，但当其以单原子金属与氮配位形成催化剂时，其主要产物变成了一氧化碳，本发明通过简单的热解法和酸溶法，成功制备了宽电位下表现出高co法拉第效率的单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管的电催化剂。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法以及其在电催化二氧化碳还原中的应用，本发明成功制备了宽电位下表现出高co法拉第效率的单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管电催化剂，其制备工艺简单，操作条件易控。

2、为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，步骤如下：

4、步骤一将富马酸、四水合乙酸镍、三聚氰胺溶解在无水乙醇和去离子水混合溶液中，搅拌溶解、干燥和研磨，得到浅绿色粉末。

5、步骤二浅绿色粉末置于坩埚中，在惰性气体氛围下放入管式炉中进行煅烧处理。

6、步骤三使用酸溶的方式将上述步骤二催化剂中金属颗粒进行溶解，洗涤干燥得到单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管的电催化剂。

7、优选的，步骤一中所述富马酸、四水合乙酸镍、三聚氰胺的摩尔含量分别为10%-80%、5%-30%、10%-80%。无水乙醇和去离子水的体积含量分别为30%-80%、20%-80%。

8、优选的，步骤一中所述搅拌温度为18-75℃，搅拌时间为1-4 h。

9、优选的，步骤一中所述干燥温度为50-90℃，干燥时间为4-36 h。

10、优选的，步骤二中所述煅烧温度为350-1100℃，煅烧时间为2-6 h，煅烧升温速率为2-5℃ min-1。

11、优选的，步骤三中所述干燥温度为50-90℃，干燥时间为6-24 h。

12、优选的，步骤三中所述酸的浓度为0.1-12 mol l-1。

13、优选的，步骤三中所述酸洗时间为0.5-24 h。

14、优选的，步骤三中所述酸洗温度为18-70℃。

15、优选的，步骤三中所述酸的类别为盐酸、硝酸、硫酸或醋酸。

16、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

17、本发明所述的一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，通过制备方法得到的单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂，具有规整的形貌结构；

18、本发明中的制备方法得到的单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂，制备工艺简单，操作条件易控；

19、本发明中的制备方法得到的单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管的催化剂，具有良好的电催化二氧化碳还原性能，在0.5 mol/l的饱和二氧化碳的khco3溶液中，最优催化剂在相对于可逆氢电极-0.6～-1.1 v电压范围内一氧化碳法拉第效率大于95%，在宽电位下有着高co法拉第效率。

20、本发明中的制备方法得到的单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂，具有良好的电催化二氧化碳还原性能，在0.5 mol/l的饱和二氧化碳的khco3溶液中，最优催化剂一氧化碳的部分电流最高达到了29.84 ma cm-2，在高电位大电流密度下，有着较高co法拉第效率。

21、本发明中的制备方法得到的单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管的催化剂，在电催化二氧化碳还原上有着良好的稳定性，在0.5mol/l的饱和二氧化碳的khco3溶液中，电流密度为10 ma cm-2的条件下，运行12 h一氧化碳法拉第效率仅降低了3%。

技术特征：

1.一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，其特征是：所述步骤一中所述富马酸、四水合乙酸镍、三聚氰胺的摩尔含量分别为10%-80%、5%-30%、10%-80%，无水乙醇和去离子水的体积含量分别为30%-80%、20%-80%。

3.根据权利要求2所述的一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，其特征是：所述步骤一中所述搅拌温度为18-75℃，搅拌时间为1-4 h。

4.根据权利要求3所述的一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，其特征是：所述步骤一中所述干燥温度为50-90℃，干燥时间为4-36 h。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，其特征是：所述步骤二中所述煅烧温度为350-1100℃，煅烧时间为2-6 h，煅烧升温速率为2-5℃ minˉ¹。

6.根据权利要求5所述的一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，其特征是：所述步骤三中的干燥温度为50-90℃，干燥时间为6-24 h。

7.根据权利要求6所述的一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，其特征是：所述步骤三中所述酸的浓度为0.1-12 mol lˉ¹。

8.根据权利要求7所述的一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，其特征是：所述步骤三中所述酸洗时间为0.5-24 h。

9.根据权利要求8所述的一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，其特征是：所述步骤三中所述酸洗温度为18-70℃。

10.根据权利要求5-9任一项所述的一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，其特征是：所述步骤三中所述酸的类别为盐酸、硝酸、硫酸或醋酸。

技术总结一种单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，涉及电催化剂材料制备技术领域，公开了单原子镍锚定在氮掺杂碳纳米管催化剂的制备方法及其在电催化二氧化碳还原中的应用，通过简单的热解和酸溶法：首先将富马酸、四水合乙酸镍、三聚氰胺溶解在无水乙醇和去离子水中，搅拌溶解、干燥和研磨，得到浅绿色粉末，然后将浅绿色粉末置于坩埚中，在管式炉中通入惰性气体进行煅烧处理，最后使用酸溶的方式将催化剂金属颗粒进行溶解，洗涤干燥得到电催化剂；本发明制备的电催化剂材料具有单原子结构，为二氧化碳反应提供活性位点，提高催化剂的选择性，从而提高电催化二氧化碳还原性能。技术研发人员：谭永明,谢萌,朱桂生,任海军,刘娟,徐远国,陈勇,黄春霞,王永安受保护的技术使用者：江苏索普（集团）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11